Sữa các quá trình cơ bản trong chế biến sữa

Nguyên liệu  Định nghĩa về sữa theo phương diện hóa học:  Sữa là một sản phẩm keo đồng nhất, trong đó chất béo và casein được phân tán trong nước và các thành phần khác được giữ dưới d

Sữa & các quá trình cơ bản trong chế biến sữa

Vị trí sữa trong khẩu phần ăn của người

Nguyên liệu

 Định nghĩa về sữa theo phương diện hóa học:

 Sữa là một sản phẩm keo đồng nhất, trong đó chất béo và casein được phân tán trong nước và các thành phần khác được giữ dưới dạng dung dich Nước là môi trường phân tán cho pha phân tán và dung môi cho các thành phần hòa tan

 Định nghĩa về sữa theo phương diện vật lý:

 Sữa là một chất keo có màu trắng trong đó chất béo và protein được

phân tán trong nước

 Định nghĩa về sữa theo phương diện sinh học:

 Sữa là một chất lỏng sinh lý được tiết ra từ tuyến vú của động vật và là nguồn thức ăn để nuôi sống động vật non

 Định nghĩa về sữa theo phương diện sinh học:

 Sữa là mộ chất dịch sạch, tinh khiết nhận được từ quá trình cho sữa, không kể thời gian nhận sữa từ trước 15 ngày và 10 ngày khi bò sữa sanh con và chứa không ít hơn 8.5% chất khô không béo, không ít hơn 3.25% chất béo sữa

Sữa thương mại: Từ sự phân tiết sữa bình thường từ bò khỏe mạnh, Không chứa sữa đầu, Chất khô không béo > 8,25% (8,0 to 8,5%), Mỡ sữa > 3,25% (3,0 – 3,8%)

Phương pháp vắt sữa: Bằng máy

Hệ thống vắt sữa có thiết bị làm lạnh

Hệ thống vắt sữa không có thiết bị làm lạnh

Colostrum (sữa đầu)

 Lượng whey proteins – khoảng 11% so với 0.65% trong sữa thường Do

đó sữa sẽ đông tụ khi gia nhiệt Phần lớn là immunoglobulins Màu vàng nâu, vị mặn, lượng catalase and peroxidase cao Kéo dài đến 2-3 ngày

Sữa đƣợc tiết ra từ bò sữa trong 7 – 10 ngày đầu tiên gọi là Colostrum

Colostrum không đƣợc tìm thấy từ ngày thứ

10 trở đi Tuy nhiên sau 3 – 5 tuần một vài tính chất của colostrum cũng đƣợc tìm thấy Colustrum co vị mặn, màu nâu, là nguyên

do tao bông khi đun sôi

Độ nhớt colostrum : 1.033 – 1.094

Giá trị Soxhlet: 10 - 15

Tính chất vật lí của sữa

4% oil-in-water emulsion

casein micelles Stabilized by lecithin, phospholipid

Ice

Whole milk (3.25% fat)

Tính chất vật lý

Tỷ trọng sữa phụ thuộc hàm lượng protein và béo

Tỷ trọng <1,01: sữa đã bị thêm nước

2.2 Thành phần hóa học

− pH

√ Độ Soxlet Henkel ( o SH): 100ml sữa – dd NaOH N/4

√ Độ thornel ( o Th): 100 ml sữa và 200 ml nước cất – dd NaOH N/10

√ Độ Dornic ( o D): 100ml sữa - dd NaOH N/9

Công thức tính tỷ trọng sữa

Công thức tính trong sữa

 Chất khô tổng số:

 Có ảnh hưởng lớn đến đặc tính của sữa

Chiếm 13% trong sữa tươi

 CKTS = 1.23 f + 2.6 x 100 (d – 0.9982) / d

 Trong đó f: hàm lượng béo, d: tỉ trong sữa

 Điểm đóng băng: phản ánh số mol chất tan

trong sữa, chủ yếu lactose và muối, là chỉ số

cho biết sữa có bị pha nước hay không? Giá

trị sữa bò là 0.546 0 C, sữa trâu là - 0.543 0 C

 pH của sữa: pH sữa non thấp hơn sữa bình

thường, pH của con vật bị bệnh cao hơn

mức bình thương pH dao động từ 6.6 – 6.8

 Khả năng đêm là độ ổn định pH trong một

phạm vi nào đó khi thêm aicd hay kềm do cò

các nhóm phosphat, calcium…

 %acid lactic: 1 0 D = 0.01% acid lactic

 Sữa tươi có độ Donic từ 16 0 D - 19 0 D

 Thế oxy hóa khử: từ 0.25V - 0.35V Phụ

thuộc pH, T 0 C, ion Là cơ sở cho việc xác

định độ tươi của sữa bằng xanhmethylen

0.1 0.0

Thành phần hóa học của sữa

 Nước

 Nước chiếm 80% - 90%, bị ảnh hưởng bởi: chế độ nuôi dưỡng, sức khỏe con vật cho sữa, môi trường

 Là môi trường phân tán cho các chất casein, béo

 Là dung môi cho các chất tan: lactose

 Chất béo

 Là thành phần phân tán tạo nhũ tương trong sữa

 Hầu hết chất béo hiện diện ở dạng hạt bao bọc bởi lớp màng

 Thành phần lớp màng có protein, phospholipid, enzyme phostphatease, chiều dày 8 – 10 mm

 Chức năng của màng: bảo vệ không cho các hạt béo kết hợp với nhau,

ổn định hệ nhũ tương nhờ chất phospholipid trên màng

 Đường kính hạt béo ảnh hưởng đến độ ổn định nhũ tương (vận tốc

lắng), màu sắc của sữa Đường kính = 0.1 - 15µm

 Agglutinin là protein tạo sự kết hợp của các hạt béo trong quá trình nổi lên: bị biến tính ở 65°C/10 min hay 75°C/2 min

Thành phần cầu béo:glyceride, phospholipide

và protein Phospholipide là cầu nối trung

gian giữa glyceride và protein

Ứng dụng sản xuất bơ, cream, váng sữa

Thành phần hóa học của sữa

function of the globule diameter (d) and temperature

Chất khô

 Công thức tính %CK theo lactometer

 S = 1.21M + 0.25α + 0.66 hoặc

 Trong đó: S – hàm lượng chất khô của sữa

 M – hàm lượng chất béo của sữa

 α – tỷ trọng của sữa theo độ lactometer

 LIPID

 CHẤT BÉO SỮA

 Có 98% - 99% là triglyceride và 1% - 2% là photpholipid, caroten, vitamin

 Sinh năng lượng cao, chứa các vitamin hòa tan trong chất béo: A, E, D

 Trong sữa có 18 acid béo

 Đường kính cầu sữa 0.1μm - 20μm

 Các cầu sữa được bao bọc bằng màng protein và photpholipid

 Ngăn không cho chúng kết hợp với nhau, không bị phá hủy bởi enzyme

 Chỉ số acid thể hiện số g lipid bị oxi hóa

 Chỉ số iod thể hiện số nối đôi trong lpid Chỉ số này nhỏ ở tháng 1, 2, 3 và cao

ở tháng 7, 8, 9

1 5

.

266 2

.

1 M

S

Chất béo

 Chất béo chiếm 4% trong sữa

 Thành phần của chất béo gồm: Glyceride của các acid béo mạch cacbon ngắn, độ bão hòa cao; acid béo tự do; phospholipid; cholesterol; vitamin tan trong dầu

 Phân loại chất béo:

 Chất béo đơn giản: công thức phân tử chỉ có C, H, O

 Chất béo phức tạp: ngoài C,H,O còn N, P, S

 Tính chất vật lý: không màu, không vị, tinh khiết, sự hiện diện của các chất béo khác ngã màu vàng nhạt:β-carotene Các thành phần diacetyl, acetyl methyl carbonyl tạo

vị cho sữa: giống, vi khuẩn

 Có thể tạo ra mùi khi hấp thụ mùi từ môi trường

 Không tan trong nước, nhưng nhẹ hơn nước Hấp thụ một lượng nước cân đối

Chất béo

− Lipid đơn giản(98,5%):triglyceride(95-96%), diglyceride(2-3%),

monoglyceride(0,1%), cholesterol(0,03%), ceride(0,02%)

− Lipid phức tạp(1.0%)

− Các hợp chất tan trong chất béo(0,5%): cholesterol(0.3%), acid béo tự do(0,1%), hydrocacbon(0,1%), vitamin tan trong chất béo…

Chất béo

1 Temperature No agglutination occurs at 37°C The

colder the milk, the quicker the creaming

2 Concentration of agglutinin varies among cows and

with lactation stage, high in colostrum,

3 Fat globule size, smaller globules have a relatively

larger surface area and, need more agglutinin

4 Fat content The higher the fat content of milk, the

faster the creaming is because formation of

floccules is quicker

5 Agitating milk for a while at low temperature

seriously impairs creaming

6 Heat treatment of milk can inactivate agglutinin

7 Homogenization inactivates agglutinin, also if it

takes place without the fat globules being present

Different types of aggregates of fat globules

During aging, crystals from milk

fat start protruding from the

surface of the fat globule

Emulsifiers displace the casein micelle protein that was stabilizing the globules

During churning, milk fat globules form a chain

around air bubbles making the foam stable

, β,γ, Ќ

Micell Đông tụ pH 4.6

Β-lactoglobulin -lactalbumin Serum-albumin Immunoglobulin Peptone-proteose

Các enzym thường gặp

Lactoperoxydase Catalase

Lipase Photphatase Lysozyme glucosaminidase Protease

Photpholipid và glycolipid

Có vai trò trong việc tạo màng cầu mỡ

Cấu tạo: gồm gốc acid photphoric và glycerol

Chiếm khoảng 0.031% - 0.05%

Protein sữa

Protein hòa tan: albumin, lactoperoxydase, lisozyme

Protein keo: gồm các micell của caseinat và calci photphat

Casein sữa

Là photphoprotein có chứa gốc acid phosphoric và nhiều nhón tự do khác: -HS, -OH, =NH, -NH2, -COOH

Các hợp chất nitơ

β-Các hợp chất nitơ

Protein Composition of Milk

Protein % of Total

Protein

-caseins 42 -caseins 25 -caseins 9 Whey proteins 20

-lactalbumin 4 -lactoglobulin 9

 Ở nhiệt độ thấp, calcium hydroxyphosphate tách khỏi hạt keo và hòa tan Các tương tác kỵ nước bị yếu khi nhiệt độ giảm Điều này làm sữa khó được sản xuất pho-mai, vì thời gian tác dụng của

rennet sẽ dài hơn và cục đông sẽ mềm hơn

 Beta-casein kỵ nước, dễ bị thủy phân sau khi tách ra khỏi hạt keo casein Thủy phân beta-casein tạo ra gamma-casein và proteose- pepton, làm sản lượng pho-mat giảm và có thể hình thành các

peptid gây đắng, mùi khó chịu cho pho-mát

 Khi sữa tươi hay sữa thanh trùng bảo quản lạnh, được gia nhiệt 62 – 65°C trong khoảng 20 giây beta-casein và calcium

hydroxyphosphate sẽ trở lại hạt keo và phục hồi một phần tính chất của sữa

Casein Micelle

Cross-link formation between submicelles

P = phosphate, Ca = calcium, Cit = citrate,

black patches = non linking region of kappa casein

Full-sized micelle

Kappa casein limits micelle growth as it cannot

participate in cross-linking

• not highly phosphorylated

• glycosylated with oligosaccharide

Youghurt

Cơ chế

đông tụ sữa

 Sự kết tủa casein do acid: Colloidal calcium hydroxyphosphate

trong hạt keo sẽ hòa tan tạo thành ion can-xi, ion này xâm nhập vào cấu trúc của hạt keo tạo cầu can-xi bên trong bền vững pH dung dịch tiến gần đến pHi của các casein Hai tiến trình này làm các hạt keo kết tụ và tạo thành cục đông Tùy thuộc pH cuối cùng

mà cục đông chứa muối casein, casein ở trạng thái đẳng điện hay

cả hai pH đẳng điện sữa 4,6-4,7 pH sữa lên men thường 3,9-4,5

 Sự kết tủa casein do enzyme: Amino axit tạo thành k-casein

molecule có 169 aminoaxit Rennet tấn công vào vị trí giữa axit amin 105 (Phe) -106 (Met) Đoạn peptid chứa amino acids 106 -

169, có tính háo nước, gọi là glycomacro-peptide và giải phóng

vào whey khi chế biến pho-mát Phần còn lại của k-casein, gồm amino acids 1- 105, không tan, tạo thành cục đông cùng với

alphas- và beta-casein Gọi là para-k-casein Do macropeptides háo nước bị tách rời, lực tương tác liên phân tử bị mất cân bằng, dẫn đến các đầu nối kỵ nước và các cầu can-xi hình thành tách nước rời khỏi cấu trúc Tiến trình này gọi là sự đông tụ và kết hợp

 pHsữa = 6.6 – 6.7 và các micell keo tích điện âm

 k-casein rất háo nước phủ ở bề mặt Các micell nghèo k-casein nằm ở phía trong

 Dưới tác dụng của chimosin, vỏ háo nước bị phá hủy, ion Ca sẽ kết dính αs, β – casein lại

 Khi pH giảm, ion H+ trung hòa điện tích âm casein và đông tụ ở pI = 5.1 – 5.3

 Protein lactoserum

 α-Lactalbumin: có giá trị dinh dưỡng cao

 β-Lactoglobulin: Biến tính và cầu nối di sunfur hình thành khi đun sôi

 Imunoglobulin: hàm lượng cao ở sữa đầu

 Các sắc tố:

 Gồm có: carotenoid, chlorophyll, lactoflavin

 Màu sữa càng trắng, khi hạt sữa càng mịn do sự khuyếch tán ánh sáng

Cơ chế đông tụ sữa

Whey protein (protein nhũ thanh)

 Chủ yếu là α-lactalbumin và β-lactoglobulin, không kết tủa ở pHi cuả nó nếu không

bị biến tính bởi carboxymethyl cellulase

 Khi sữa bị gia nhiệt, một số whey proteins bị biến tính và tạo thành phức hợp với casein, vì vậy làm giảm khả năng tấn công của rennet và tạo tủa khi kết hợp với can-xi giữa các phân tử casein Cục đông sản xuất từ sữa gia nhiệt sẽ không giải phóng whey giống sữa chưa gia nhiệt

 Whey proteins nói chung và α-lactalbumin nói riêng có giá trị dinh dưỡng cao

Thành phần amino acid rất gần với giá trị sinh học tối đa

 Khi sữa bị gia nhiệt trên 60°C, sự biến tính bắt đầu khi có sự tương tác giữa

amino acid chứa S và β–lactoglobulin Cầu sulphur hình thành giữa các phân tử β -lactoglobulin, giữa 1 phân tử β-lactoglobulin và một phân tử κ-casein và giữa1 β -lactoglobulin và α-lactalbumin

 Ở nhiệt đô cao hơn, các hợp chất sulphur hydrogen sulphide hình thành tạo mùi

“đun nấu”

 α-lactalbumin có vai trò trong tổng hợp lactose

Các yếu tố ảnh hưởng độ hoạt động Ca 2+

Độ hoạt động Ca2+ đóng vai trò quan trong trong cơ chế đông tụ sữa

Khi thêm đường saccarose vào trong sữa, trong quá trình cô đặc, chế biến kem, làm tăng độ hoạt động Ca2+: Cứ thêm 150g đường vào 1l sữa thì độ hoạt động Ca2+ tăng từ 0.4 – 0.6

Sữa có nồng độ Ca2+ dao động từ 0.6 – 1.6 mmol/l

pH càng thấp thì hoạt động của Ca2+càng cao

 Lactose

 Chỉ có duy nhất trong sữa

 Tồn tại ở dạng tự do và liên kết với protein, các gluxit khác

 Độ ngọt kém hơn so với sucrose

 lactose may isomerize into other sugars; it may also degrade into galactose and degradation products of glucose, including various organic acids

 Các muối

 Tồn tại các muối: Ca 2+ , Mg 2+ ,

 Hàm lượng Ca quyết định tốc độ tạo đông của sữa

 Các muối acid limonic có ý nghĩa trong sản phẩm sữa lên men, bơ

 Các cặn muối và protein ( albumin và globulin ) bị kết tủa khi đun, cản trở sự truyền nhiệt

 Các muối acid photphoric giúp cân bằng hệ keo

Chất tan

Khoáng: phụ thuộc khẩu phần ăn khi nuôi bò

− Hàm lượng 8-10g/l, tồn tại dạng hòa tan hoặc dung dịch keo

− Đa lượng: nhiều nhất Ca, P, Mg, tiếp theo là K, Na…

 Muối potassium và calcium chủ yếu trong sữa bình thường, số

lượng thay đổi theo trạng thái sinh lý Cuối chu kỳ cho sữa và bò bị viêm vú, sodium chloride tăng làm sữa có vị mặn trong khi muối của các kim loại khác giảm xuống

Vitamin

− Tan trong nước: B1, B2, B3, B5, B6, …

− Tan trong chất béo: A, D, E

Các enzyme trong sữa

 Nguồn gốc: có sẳn trong sữa hoặc do VSV sinh ra

 Peroxidase: Bất hoạt ở trong vài giây, sử dụng nhằm xác định sữa

đã thanh trùng ở nhiệt đô > 80 °C (Storch’s peroxidase test)

 Catalase: Có thể gia tăng do họat động của vi sinh vật Sữa bình thường chứa ít catalase, sữa từ thú bệnh catalase gia tăng, enzyme

bị hủy do nhiệt ở 75°C / 60 giây

 Phosphatase: Phân giải esters của axit phosphoric thành axit

phosphoric và cồn Xác định bằng cách thêm ester axit phosphoric

và một tác nhân thay đổi màu khi phản ứng với cồn tự do Bị hủy ở điều kiện thanh trùng bình thường (72°C /15 – 20 giây)

Phosphatase test phải được thực hiện ngay sau khi xử lý nhiệt, nếu không sữa phải làm lạnh đến <+ 5°C và giữ ở nhiệt độ này đến khi phân tích Cần pân tích ngay trong ngày vì enzme có thể tái hoạt, đặc biệt đối với kem

 Lipase: phân giải chất béo thành glycerol và axit béo tự do, gây mùi

ôi chua Lượng lipase trong sữa thấp, số lượng gia tăng vào cuối giai đoạn cho sữa Ở nhiệt độ thanh trùng bị bất hoạt một phần lớn Lipase do vi sinh vật sinh ra có khả năng đề kháng cao với nhiệt độ, ngay cả ở nhiệt độ tiệt trùng

Nguyên liệu

Sữa nhiễm hóa chất

−Kháng sinh

terramycine, tetracyline, streptomycine, neomycine,

erythromycine…

Lưu ý: công nghệ sản xuất các sản phẩm lên men từ sữa

− Vi khuẩn gây thối

−Nấm men: S.cerevisae, Kluyveromyces marxianus, Debaromyces hansenii,

Torulopsis lactis condensi

−nấm sợi: Pennicillum, Aspergillus, Geotrichum, rhizopus…

Total count (—), number of psychrotrophs ( -), desirable

upper limit for processing (xxx)

Tác động của nhiệt độ lên thành phần sữa

 Chất béo:Khi thanh trùng 70 – 80°C/15 giây, chất béo tự do kết hợp các hạt béo khi chúng tiếp xúc nhau Đồng hóa sẽ tránh được hiện tượng này

 Ở nhiệt độ 105 - 135°C chất béo tự do thoát khỏi hạt béo dù đồng hóa hay không, do sự ất ổn định của màng hạt chất béo

 T > 135°C protein trên màng hạt béo tạo thành hệ thống giúp cho màng giảm tính thấm, vì vậy quá trình đồng hóa sau khi tiệt trùng được sử dụng trong sữa UHT có hàm lượng béo cao

 Whey proteins, đặc biệt beta-lactoglobulin nhạy cảm với nhiệt Bắt đầu ở 65°C và hầu như biến tính hoàn toàn ở 90°C trong 5 phút

 b-lactoglobulin liên kết đặc biệt với casein qua cầu nối sulphur, làm cho casein khó bị tác dụng của rennet, điều này giải thích tại sao cục đông sữa thanh trùng nhiệt độ cao mềm

k- Sữa lên men, sự biến tính và tương tác với casein ở 90 – 95°C /3 – 5 phút làm giảm sự kết tủa và tăng độ nhớt

 Đun sữa ở 75°C/ 20 – 60 giây bắt đầu xuất hiện mùi đun nấu “cooked” do giải phóng hợp chất chứa S từ b-lactoglobulin và những proteins khác

 T> 100 °C lactose pứ với protein, tạo màu nâu (phản ứng Maillard), làm thay đổi mùi vị, giảm giá trị dinh dưỡng, đặc biệt mất lysine Sữa thanh

trùng, sữa UHT có thể phân biệt bằng lượng lactulose Lactulose là đồng phân của lactose hình thành khi sữa xử lý nhiệt độ cao